河道水情自動測報及信息管理研究與應用

儲廣耕，薛秋芳

（聊城市河道工程管理處，山東聊城 252000）

河道水情自動測報及信息管理研究與應用

儲廣耕，薛秋芳

（聊城市河道工程管理處，山東聊城 252000）

文章以聊城市徒駭河、馬頰河11座攔河閘(壩)進行信息化改造為例，闡述了實施水情自動測報及信息管理的必要性，可提高數據采集、處理和傳輸的時效性、可靠度，為河道防汛抗旱提供科學依據，提升水資源的利用率和河道的經濟、社會效益。

徒駭河；馬頰河；水情自動測報；信息管理

本文所探討的水情自動測報及信息管理系統工程，采用當前先進的監測傳感器及儀表，以及先進的控制設備、通信技術和管理軟件，可大大提高數據采集、處理和傳輸的時效性、可靠度，為河道防汛抗旱做出及時、準確的反饋和預測，為領導決策提供科學的依據，提升河道管理水平。同時，可有效提高水資源的利用率，提高河道的經濟效益及社會效益。

1 主要內容

1.1 主要方法和技術路線

通過內容分析，同時考慮系統的技術先進性和可擴展性，采用層次化進行方案設計，即將整個系統分為設備層、數據傳輸層、信息層。各層之間既緊密聯系又相互獨立，最終實現整個系統的高內聚、低耦合特性，從而保證整個系統的靈活性和可擴展性。

在啟閉機房內設置安裝水閘自動監控系統，對閘門進行自動化控制和管理。在閘壩上下游設置水位自動測報設施，將水閘自動監控系統中的水閘開啟數據及水位自動測報設施采集的水位信息輸入PLC集中處理系統，生成水閘流量，并自動生成各種報表，通過以太網傳輸給指揮中心，實現了水文信息和水閘監測的實時性。

水情自動測報及信息管理系統工程是一個集管理信息系統（MIS）、科技計算、辦公自動化（OA）于一體的龐大的綜合系統。通過信息管理系統對水文及水閘的各種資料進行整理，再通過建立的數學模型計算系統對其進行計算、得出結論，為水利工程的決策提供詳實的資料。

1.2 流量測算系統

以空間曲面基本理論及流體力學等為基礎，建立閘、壩流量模型，結合閘上下游水位自動測量儀采集數據以及荷重開度儀采集的閘壩開啟參數，通過編程實現模型的實際應用。該模型將支持定量參數整定、內部參數聯動自動整定、人工直接整定等多種形式的參數整定方式，使系統能夠在較短時間使流量輸出結果與真實值之間的誤差降到允許范圍，達到流量測算的目的。

1.3 水情自動測報及信息管理系統

該系統主要服務于本信息化工程的數據采集、遠程操控、數據分析、報警處理、報表系統、水汛協商決策、水情趨勢分析、報警信息推送、視頻查看等信息化管理功能。

1.4 總體實施方案

按地理位置，可以分為現地、橋頭堡控制室、分控中心、指揮中心幾處。

1）現地主要完成測控對象的各參數測量、對測控對象完成控制功能。參數測量是通過安裝在相應位置的各類傳感器來實現，控制功能則由PLC及配合相應的繼電器實現。操作人員在現場控制柜上進行閘壩的測控操作，數據通過PLC內的以太網接口接入局域網，實現數據網內共享。

2）橋頭堡控制室內，安裝有網絡設備及視頻監控設備以及其他測控系統的網絡轉接設備，起到承上啟下、視頻監視的作用。

3）分控中心設置有視頻監視設備及計算機閘門（水位）測控設備，可以完成視頻監視的情況下，通過計算機設備監測水位、閘門狀態，并可通過鍵盤鼠標來完成閘門的操控。分控中心安裝操控計算機、UPS、網絡設備等，操控計算機采用工業控制計算機，配備2臺液晶顯示器，可以分別顯示閘門測控與視頻情況。

4）指揮中心有后臺網絡服務器和會商測控兩部分組成。后臺網絡服務器依托網絡設備，靜態綁定IP地址，根據規劃的端口號實現新增的水利信息化網絡服務，且每個分控中心可以對應1個或多個端口號，從而實現信息對外共享。會商測控部分的主體是一臺高性能計算機，閘門測控數據及視頻查看數據取自后臺網絡服務器，輸出設備則采用顯示器和電視墻雙屏顯示，用一套鍵盤鼠標來操控，電視墻內容對應于液晶顯示器的內容，方便水情會商時對外查看。

系統通訊采用全數字化網絡通訊。現地傳感器輸出4～20 mA或RS485現場總線與PLC連接，PLC則通過以太網接口，采用標準的Modbus協議對分控中心或橋頭堡控制機提供服務。橋頭堡或分控中心均采用網絡形式直接上網提供數據共享，各分控中心均采用100M專線網絡，既實現了數據傳輸，又能滿足其他辦公需要。

網絡傳輸不受地理位置和終端數量的限制，只要有網絡和授權，即可登錄服務平臺，進行信息、視頻的查閱以及閘門等設施的測控，真正實現信息共享。網絡傳輸配置標準化接口，采用XML等標準協議，也為以后物聯網擴展、甚至是國家級的河道管理、汛情管理部門進行互聯互通預留有足夠的接入條件，擴展性極強。

1.5 視頻遠程監控系統

以公用網絡為基礎，建設攔河閘壩等重要設施的遠程視頻監視系統，及時掌握工程運行情況。在每座閘的機房內設置閘門集中控制系統，實現閘門開啟高度、開啟孔數動態控制與數據采集，閘門啟閉機安全載荷數據實時測控。閘門測控及數據采集、傳輸，均由PLC處理。在每座閘壩的上下游分別設置水位自動測報系統，采集信息用有線或無線方式傳輸至現地測控設備。在每座閘壩的上下游設置高清視頻監控系統，采集信息用有線傳輸至機房內視頻硬盤錄相機，以便實時通過監視畫面監視各閘門運行狀態。

2 預期效益

1）實施后，將實現閘壩水情信息自動化測報，顯著提高閘壩現代化自動控制管理的進程，為防汛抗旱提供現代化的決策支撐。2）可實現信息對外共享。采用完全開放式服務標準，能夠在保證安全的情況下，最大化實現信息的服務價值。3）實現的流量模型，完全可以以軟代硬來實現流量測量，節省大量人力、物力，實現極高的社會效益。4）更加有效合理利用水資源，有效增加非汛期河道調蓄水次數，提供更多的工業用水與農業用水，促進工農業的發展。5）可減少洪澇災害及次生災害的發生，保障人民的生命財產安全，具有顯著社會效益。

3 實際應用

2014年，利用上述技術和研究成果，對聊城市徒駭河、馬頰河11座攔河閘(壩)進行了信息化改造，完成了徒駭河馬頰河自動化控制、水情自動測報及視頻監控工程，此項工程采用了當前先進的監測傳感器及儀表，以及先進的控制設備、通信技術和管理軟件，提高了數據采集、處理和傳輸的時效性。并通過與網絡運營商合作，完成了信息中心與11個基層管理單位網絡工程建設，建成了以聊城市河道處為中心，通往各基層管理單位的可承載數據、視頻等各種通信業務的數據專線，初步形成了一套互聯互通、資源共享的網絡體系，大大提高了河道信息化管理水平。在兩河攔河閘（壩）等重點防汛區域安裝了40個高清網絡攝像機，實現了對水情工情的實時監控。在聊城市河道處信息中心安裝了電視墻，可實時觀測和了解各閘（壩）運行情況和水情信息。在建立工程數據庫的基礎上做到全信息共享，為河道防汛抗旱做出及時、準確的反饋和預測，為領導決策提供科學依據，有效提高了河道的經濟效益及社會效益。

（責任編輯 崔春梅）

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1009-6159（2017）-08-0040-02

2017-04-17

儲廣耕（1976—），男，工程師